CÁC ACID AMIN KHÔNG THAY THẾ

Acid amine không thay thế (hay còn gọi là các acid amine thiết yếu)là các acid amine cần thiết đối với sự sinh trưởng và phát triển bình thường của cơ thể người và động vật

MỤC LỤC

1.Giới thiệu 3

1.1.Định nghĩa acid amine không thay thế 3

1.2.Cấu tạo 3

1.3.Phân loại 4

2.Tính chất vật lý ,tính chất cảm quan 4

2.1.Tính chất vật lý 4

2.1.1.Tính phân ly 4

2.1.2 Độ hòa tan 5

2.1.3.Hoạt tính quang học 6

2.1.4.Khả năng hấp thụ tia UV 6

2.2.Tính chất cảm quan 6

3.Tính chất hóa học riêng của các acid amine không thay thế 7

3.1.Phản ứng của nhóm ε-NH2 của lysine 7

3.1.1.Phản ứng aryl hóa 7

3.1.2 Phản ứng acyl hóa : 8

3.1.3Phản ứng tạo polyme 9

3.2 Phản ứng của nhóm ngoại guanidyl của arginine 9

3.3 Phản ứng của nhóm ngoại thioether của methionine 10

3.4.Phản ứng của nhóm ngoại tryptophan 12

4 Hàm lượng của các loại acid amine không thay thế ,vai trò và nhu cầu đối với cơ thể 12

4.1.Hàm lượng 12

4.2.Vai trò của các acid amine không thay thế đối với cơ thể 13

4.3 Nhu cầu các loại acid amine của cơ thể 13

5.Những biến đổi của các acid amine không thay thế trong chế biến và sản xuất 14

5.1Biến đổi do nhiệt 14

5.2.Biến đổi do pH 15

5.3 Biến đổi do enzyme 15

6 Xác định hàm lượng các acid amine 17

7.Các sản phẩm có chứa các acid amine không thay thế 18

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1:Công thức cấu tạo của các acid amine không thay thế ……… 3

Bảng 2.1:Hằng số phân li(pK) và điểm đẳng điện(pI) của acid amine không thay thế ………… 5

Bảng 2.2:Độ hòa tan của các acid amine không thay thế trong nước (g/100g H2O) ……… 6

Bảng 2.3.Vị của các acid amine không thay thế ……… 6

Bảng 4.1 :Thành phần của các loại acid amine không thay thế trong một số loại nguyên liệu thường gặp (đơn vị:g/100g) 12

Bảng 4.2: Vai trò của các acid amine và các bệnh lý gặp phải khi thiếu các loại acid amine tương ứng……… 12

Bảng 4.3:Nhu cầu hằng ngày về các loại acid amine không thay thế theo trọng lượng thể (đơn vị : mg/kg/ngày) ……… 13

DANH MỤC HÌNH Hình7.1: Sữa tươi chứa lysine 17

Hình7.2: Các loại thực phẩm chức năng chứa acid amine không thay thế 18

Hình7.3: Các loại thuốc có chứa acid amine không thay thế 18

Hình7.4: Các sản phẩm acid amine ở dạng hỗn hợp và riêng lẻ 18

CÁC ACID AMIN KHÔNG THAY THẾ

1.Giới thiệu

1.1.Định nghĩa acid amine không thay thế

Acid amine không thay thế (hay còn gọi là các acid amine thiết yếu)là các acid amine cần thiết đối với sự sinh trưởng và phát triển bình thường của cơ thể người và động vật.Tuy nhiên,nó không tự được tổng hợp trong cơ thể mà được bổ sung từ ngoài vào qua thức ăn

Trong số 20 loại acid amin thường gặp trong phân tử protein,tùy thuộc vào những điều kiện riêng biệt của từng loài và từng giai đoạn ,do có sự khác biệt về khả năng tổng hợp của cơ thể mà thành phần và số lượng các acid amine không thay thế đối với từng cơ thể là khác nhau.Theo nhiều tài liệu ,có 8 acid amine cần thiết cho người lớn :valin, leucine, isoleucine, metionine,threonine,phenylalanine,tryptophan và lyzine.Đối với trẻ em cần thêm 2 acid amine nữa là: argine và histidine

1.2.Cấu tạo

Các acid amine không thay thế đều có cấu tạo chung của các acid amine ,trong phân tử bao gồm nhóm α amine(-NH2),nhóm α carboxyl(-COOH)và gốc R khác nhau Dưới đây là bảng công thức cấu tạo của 10 acid amine không thay thế:

Bảng 1.1:Công thức cấu tạo của các acid amine không thay thế

1.3.Phân loại

Có thể phân loại các các acid amine không thay thế dựa vào gốc R,là yếu tố quyết định các tương tác nội phân tử và tương tác giữa các phân tử

-Những acid amine có gốc R không phân cực và không tích điện :valine, leucine, isoleucine , methionine, phenylalanine,tryptophan

-Acid amine có gốc R không tích điện nhưng phân cực,có nhóm chức trung tính và phân cực ,có khả năng tạo liên kết hydro với một số phân tử nước như:threonine

-Các acid amine có gốc R tích điện :lysine,histidine và arginine.Cả 3 acid amin này đều tích điện (+) ở pH=7

2.Tính chất vật lý ,tính chất cảm quan.

2.1.Tính chất vật lý

2.1.1.Tính phân ly

Trong dung dịch nước các acid amine không thay thế tồn tại ở dạng:

Tùy thuộc vào điều kiện pH ,các acid amin có thể tồn tại ở dạng cation,anion hay trung tính.Quá trình này được đặc trưng bởi điểm đẳng điện pI và hằng số phân li pK

Tại giá trị pH,trong dung dịch ,acid amin chỉ tồn tại dưới dạng các ion lưỡng cực ,tổng điện tích của acid amin trong dung dịch bằng 0 được gọi là giá trị pH đẳng điện(pI)

Bảng 2.1: Hằng số phân li(pK) và điểm đẳng điện(pI) của acid amine không thay thế

Đối với các acid amine,tính acid của nhóm carboxyl cao hơn và tính bazơ của nhóm amine thấp hơn so với các acid carboxylic và amine tương ứng có cùng số lượng C do ảnh hưởng của khoảng cách giữa nhóm amine và carboxyl

2.1.2 Độ hòa tan

Các acid amine nói chung ,acid amine không thay thế nói riêng đều chứa các nhóm phân cực là amine và carboxyl Vì thế,chúng có thể tan tốt trong nước Độ hòa tan trong nước của acid amine rất khác nhau ,có thể tăng lên khi thêm vào dung dịch một lượng acid hoặc kiềm nhờ sự tạo thành muối.Ngoài ra ,các acid amine trong hợp phần với các acid amine khác có độ tan tốt hơn khi nó chỉ có riêng một mình.Thực tế ,độ hòa tan của các acid amine trong dung dịch thủy phân protein cao hơn khi các acid amine ở dạng riêng lẻ

Bảng 2.2:Độ hòa tan của các acid amine không thay thế trong nước (g/100g H 2 O)

Ngoài ra ,các acid amine trong hợp phần với các acid amine khác sẽ có độ tan tốt hơn khi nó chỉ có riêng một mình.Thực tế ,độ hòa tan của các acid amine trong dung dịch thủy phân protein cao hơn khi các acid amine ở dạng riêng lẻ

Trong dung môi hữu cơ ,các acid amine tan rất kém do tính phân cực.Tất cả các acid amine đều không tan trong ether.Trong ethanol các acid amin :phenylalanine, histidine và tryptophan chỉ tan một lượng rất thấp,methionine,arginine, leucine(0.0217g/100g,25oC).Độ hòa tan của isoleucine trong dung môi ethanol nóng tương đối cao(0.09g/100g,20oC và 0.13 g/100g,78-80oC)

2.1.3.Hoạt tính quang học

Tất cả các acid amin đều có trung tâm bất đối xứng Vì vậy ,trong tự nhiên nó có thể tồn tại dưới dạng đồng phân L hoặcD và có khả năng làm quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực thẳng khi cho ánh sáng phân cực đi qua.Acid amine dạng D ít phổ biến ,tuy nhiên cũng xuất hiện trong

tự nhiên ở một số peptid của vi sinh vật.Acid amine dạng D không được tiêu hóa trong cơ thể người

Hiện tượng quay quang học và độ lớn của góc quay phụ thuộc vào pH và nhiệt độ

2.1.4.Khả năng hấp thụ tia UV

Các acid amine có vòng thơm như tryptophan ,phenylalanin có khả năng hấp thụ quang phổ trong dãy UV với bước sóng hấp thu mạnh nhất là 200-230 nm và 250-290 nm Histidine,methionine hấp thu UV ở bước sóng 200-210 nm.Trong các phép phân tích độ hấp thu sóng tại 280nm được sử dụng để định tính và định lượng các acid amine trong protein và peptid

2.2.Tính chất cảm quan

Tương tự như các acid amine nói chung,acid amine không thay thế cũng tham gia cào việc tạo mùi vị cho những sản phẩm giàu protein đã qua quá trình xử lý bằng quá trình thủy phân.Vị của các acid amine phụ thuộc vào cấu trúc không gian ,dạng L thường có vị đắng ,dạng D có vị ngọt , acid amine có gốc R mạch vòng thì có cả vị ngọt và vị đắng

Bảng 2.3.Vị của các acid amine

nhận(mmol/l) Vị Ngưỡng cảm nhận(mmol/l)

và vị ngọt

3.Tính chất hóa học riêng của các acid amine không thay thế

Các acid amine không thay thế đều có thể thực hiện những phản ứng hóa học của các acid amine nói chung như:phản ứng deamin hóa ,phản ứng decarboxyl hóa,phản ứng với thuốc thử ninhydrin,…Tuy nhiên,nó có những phản ứng riêng phụ thuộc vào gốc R:

3.1.Phản ứng của nhóm ε-NH 2 của lysine

3.1.1.Phản ứng aryl hóa

Tương tự như nhóm α-NH2 ,các nhóm ε-NH2 cũng có thể tham gia phản ứng aryl hóa với 1-floro-2,2-dinitrobenzen(FDNB) tạo ra hợp chất N-2,4-dinitrophenyl aminoacid có màu vàng và bền :

Phản ứng này được dùng để định lượng nhóm ε-NH2 và lyzine

3.1.2 Phản ứng acyl hóa :

Đối với lysine tồn tại ở dạng tự do phản ứng acyl hóa có thể xảy ra ở nhóm α-NH2 hoặc ε-NH2 tùy thuộc vào tác nhân phản ứng Trong đó ,phản ứng acyl hóa chọn lọc ở nhóm ε-NH2 khi được tiến hành với phức lyzine-Cu2+ :

Phản ứng acyl hóa chọn lọc ở nhóm α-NH2 khi được tiến hành với dẫn xuất benzylidene

Phản ứng với các acid dicarboxylic anhydride, như acid succinic anhydride tạo thành protein có nhóm carboxyl thay thế nhóm amine của lysine:

Phản ứng ngược:dẫn xuất N-maleyl lysine được tạo thành khi cho protein có chứa lysine phản ứng với acid maleic anhydride trong môi trường kiềm.Trong môi trường acid, dẫn xuất tạo thành phân ly và tạo thành protein ban đầu

3.1.3Phản ứng tạo polyme

Protein có chứa lysine có thể phản ứng với acid carboxyanhydride tạo thành sản phẩm polyme

Gía trị của n phụ thuộc vào điều kiện phản ứng Trong đó ,carboxylanhydride có thể được tạo thành từ phản ứng giữa acid amine với phosgene:

3.2 Phản ứng của nhóm ngoại guanidyl của arginine

Sự có mặt của α – naphthol và hypobromite trong dung dịch protein có chứa arginine tạo thành hợp chất có màu đỏ ,có cấu trúc sau:

Protein có chứa arginine phản ứng với α hoặc β –dicarbonyl tạo dẫn xuất cyclic,sản phẩm tạo thành tiếp tục cho phản ứng với NaBH4 tạo thành dẫn xuất nitropyrimidine ,có khả năng hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 335nm :

Phản ứng giữa nhóm ngoại của arginine với 1,2-xyclohexanedione là phản ứng có tính chọn lọc cao và xảy ra trong điều kiện bình thường ,sản phẩm tạo thành của phản ứng cũng có thể tái tạo trở lại nhóm ngoại của arginine khi cho phản ứng với hydroxyamine:

3.3 Phản ứng của nhóm ngoại thioether của methionine

Methionine có thể bị oxy hóa tạo thành sulfoxide và sau đó là sulfone.Phản ứng này làm mất các acid amine thiết yếu trong quá trình chế biến thực phẩm:

Nhóm thioether có thể phản ứng với iodo-acetic tạo thành các sulfonium:

Tương tự ,nhóm thioether cũng phản ứng với acid performic,phản ứng này được sử dụng để định lượng methionine:

Phản ứng của protein có chứa methionine với cyanogen bromide (BrCN) làm đứt liên kết peptid tại vị trí nhóm carboxyl của phân tử methionine Phản ứng này được dùng để cắt các liên kết peptid trong chuỗi peptid một cách có định hướng:

3.4.Phản ứng của nhóm ngoại tryptophan

N-Bromosuccinimide có thể oxy hóa tryptophan cũng như tyrosine,histidine và cysteine theo phản ứng:

Phản ứng này được dùng để phân chia chuỗi peptid có chứa tryptophan

4 Hàm lượng của các loại acid amine không thay thế ,vai trò và nhu cầu đối với cơ thể

4.1.Hàm lượng

Trong tự nhiên ,các acid amine không thay thế không tồn tại ở dạng tự do mà ở dạng liên kết trong phân tử protein.Thành phần và tỉ lệ các acid amine không thay thế là chỉ số quan trọng khi đánh giá giá trị sinh học của protein,hỗn hợp thực phẩm chứa 35%trứng và 65% protein khoai tây được tìm thấy là có giá trị sinh học cao nhất

Nguồn thực phẩm có chứa lượng acid amine không thay thế tương đối đầy đủ là thịt ,cá ,trứng ,đậu tương.Protein từ ngủ cốc và các loại thực vật khác thường thiếu lysine,sữa bò

và thịt thiếu methionine,lúa mì và lúa mạch thường thiếu threonine,trong khi casein(protein trong sữa ),protein từ bắp và gạo lại thiếu tryptophan

Bảng 4.1 :Thành phần của các loại acid amine không thay thế trong một số loại nguyên

liệu thường gặp (đơn vị:g/100g)

Acid amine Các loại nguyên liệu

Trứng Thịt bò

(cổ,vai) Thịt lợn (ba chỉ) Cá chép Cá ngừ Ngô Gạo Đậu tương Đậu phộng

(Số liệu được lấy từ USDA(bộ nông nghiệp Mĩ)

4.2.Vai trò của các acid amine không thay thế đối với cơ thể.

Bảng 4.2: Vai trò của các acid amine và các bệnh lý gặp phải khi thiếu các loại acid

amine tương ứng

Histidine Cần thiết cho sự tổng hợp AxitnucleotitHemoglobin,điều chỉnh quá trình trao đổi

chất

Gây thiếu máu ,giảm tính thèm ăn, dẫn đến chậm phát triển

Phenylalanine Duy trì hoạt động bình thường của tuyếngiáp,tuyến thượng thận

Lysine Làm tăng sinh trưởng,tổng hợp Nucleoprotein, tạo sắc tố da. Cơ thể chậm phát triển,chuyển hóacanxi và photpho kém,gây còi xương có

thể dẫn tới thoái hóa

Leucine Tổng hợp protein,duy trì hoạt động củatuyến nội tiết. Làm mất cân bằng Azot,giảm tốc độsinh trưởng,giảm tính them ăn.

Methionine

Làm tăng sinh trưởng,ảnh hưởng đến chức năng của gan và tụy,điều hòa quá trình trao đổi mỡ,chống mỡ hóa gan,cần thiết cho quá trình đồng hóa và dị hóa

Gây thiếu máu,mất tính thèm ăn,gan nhiễm mỡ,thoái hóa cơ,giảm sự phân giải các chất độc tronng cơ thể

Isoleucine Cần thiết cho việc sử dụng và trao đổi cácacid amine trong thức ăn. Mất tính thèm ăn,cản trở sự phân hủycác chất chứa Azot.

Threonine Cần thiết cho sự trao đổi và sử dụng đầy đủcác acid amine trong thức ăn,kích thích sự

phát triển

Valine Cần thiết cho sự hoạt động bình thường củahệ thần kinh.

Tryptophan

Kích thích cho sự phát triển,duy trì sức sống,điều hòa chức năng nội tiết,đảm bảo cho sự phát triển của tinh trùng,tham gia tổng Hemoglobin của hồng cầu

Phá hủy tuyến nội tiết,giảm khôi lượng

cơ thể

Arginine Ảnh hưởng tới quá trình tạo sụn, xương Gây rối loạn trao đổi chất hydratcacbonvà protein,làm giảm sự phát triển,nhất là

ở trẻ em

4.3 Nhu cầu các loại acid amine của cơ thể

Bảng 4.3:Nhu cầu hằng ngày về các loại acid amine không thay thế theo trọng lượng thể

(đơn vị : mg/kg/ngày)

Acid amine Đối tượng Trẻ em

(2-4tháng tuổi) Trẻ (2-5 tuổi) Trẻ (10-12 tuổi) Người thành trưởng

(Theo ước tính của tổ chức FAO và WHO ,số liệu được đánh giá năm 1985)

5.Những biến đổi của các acid amine không thay thế trong chế biến và sản xuất

5.1Biến đổi do nhiệt

Trong quá trình gia công kĩ thuật các nguyên liệu giàu protein ,bên cạnh những biến đổi có định hướng và mong muốn ,còn xảy ra những phản ứng phụ ngoài dự định và nhiều khi cũng không mong muốn liên quan đến nhiệt độ Đó là những biến đổi trong quá trình gia nhiệt ,một

công đoạn phổ biến trong mọi quá trình tạo thành sản phẩm thực phẩm.Đối với các loại thực phẩm có chứa protein thì những biến đổi của thành phần acid amine không thay thế,chỉ số quan trọng trong đánh giá chất lượng sinh học của thực phẩm có protein, có thể làm giảm đáng kể chất lượng thực phẩm

Khi gia nhiệt khan các protein ở nhiệt độ trên 200oC(nhiệt độ đạt được khi rán thịt và cá ) thì tryptophan sẽ bị vòng hóa để tạo ra α ,β hoặc γ carbolin

Khi gia nhiệt ở nhiệt độ cao (t > 200oC) các thực phẩm giàu protein có pH trung tính hoặc gia nhiệt các thực phẩm giàu protein có môi trường kiềm thì sẽ xảy ra một số chuyển hóa của các acid amine không thay thế :

-Phá hủy một số acid amine không thay thế:như arginine chuyển thành ornitin ,ure,sitrulin

và amoniac;threonine và lysine cũng bị phá hủy

-Protein có chứa lysine có thể tạo ra các cầu nối đồng hóa trị giữa mạch polypeptid có chứa gốc lysine và mạch polypeptid có chứa gốc DHA ,tạo thành liên kết lizinoalanin:

Khi xử lý nhiệt thịt hoặc cá ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thanh trùng (>110-115oC) thì còn tạo ra các cầu đồng hóa trị kiểu izopeptid giữa gốc lysine của chuỗi polypeptid này với gốc glutamic hoặc gốc aspartic của chuỗi peptid khác:

Về phương diện dinh dưỡng ,việc tạo ra các cầu đông hóa trị izopeptid trong cùng một phân tử hoặc giữa các phân tử sẽ làm giảm độ tiêu hóa của nitơ, giảm hệ số sử dụng protein và giá trị sinh học của protein Hơn nữa do hiệu ứng không gian việc tạo ra các cầu đồng hóa trị sẽ ngăn cản không cho các protease đến được vùng đặc hiệu để thủy phân ,do đó làm cho quá trình tiêu hóa protein bị chậm lại

5.2.Biến đổi do pH

Trong quá trình chế biến một số sản phẩm như: nước tương, xì dầu, tàu vị yểu…có nguồn gốc

từ protein thực vật, sự thủy phân protein được ứng dụng để thu nhận các sản phẩm thủy phân hoàn toàn hoặc thu nhận các sản phẩm thủy phân chưa hoàn toàn

-Quá trình thuỷ phân ở nhiệt độ cao với xúc tác axit HCl đặc, sẽ làm phân hủy hoàn toàn Trp

và một phần Thr, Ser, Met, Cys